叶片蒸汽冷却耦合换热特性的数值研究

为评估透平叶片的蒸汽冷却效果,以Mark II叶片为对象,采用热流固耦合的数值计算方法,通过与实验数据进行比较考察了不同湍流模型对计算结果的影响,对比分析了空气、过热蒸汽和湿蒸汽冷却效果的差异,研究了冷却蒸汽质量流量、进口湍动度和叶片表面粗糙度对蒸汽冷却效率的影响.结果表明:SST转捩湍流模型对于流动换热计算有较高的精度;与空气冷却相比,过热蒸汽冷却的效率更高,叶片壁面温度更低;与过热蒸汽冷却相比,湿蒸汽的冷却效率更高,叶片壁面温度更低,且随着蒸汽湿度的增加,冷却效率提高,叶片壁面温度降低;增加冷却蒸汽的质量流量可使冷却效率提高,但冷却蒸汽的温升减小;当湍流强度小于3%时,冷却效率随冷却蒸汽进口湍流强度的增大而提高;增加叶片粗糙度使得叶片冷却效率显著提高.     

湿度对蒸汽透平效率的影响

在凝汽式蒸汽透平中,最后几级在湿蒸汽中运行。在核电站,透平进口即为饱和蒸汽或微过热蒸汽,大多数级(从高压缸的第一级开始)均在湿蒸汽中工作。为此,在通流部分的计算中,假定流量系数μ_1和μ_2与在过热蒸汽中运行的流量系数不同[1—3],增加叶栅平均出口角和减小速     

蒸汽透平中流动湿蒸汽湿度测量方法的分析与比较

对蒸汽透平中流动湿蒸汽湿度测量的重要性和这一课题的研究进展以及研究现状进行讨论,分析比较后认为加热法是一种比较合适的蒸汽湿度测量方法。详细介绍了这一方法的原理,并介绍了针对已有的加热法测量的不足之处作者所设计的新型加热法湿度测量装置。     

湿蒸汽喷管流量系数的研究及在其透平通流计算中的应用

本文在全面详细分析、评价前人工作的基础上,对湿蒸汽透平喷管的流量系数问题进行了新的研究尝试;根据过饱和蒸汽的凝结理论和湿蒸汽两相流基本原理,研制了一个常规电站及核电站透平湿蒸汽级喷管流量系数的计算程序,从而有可能对以往应用着的流量系数作出重要修正.借助于正交试验法,对影响流量系数的众多因素进行了全面分析,最后以主要因素为变量,绘制了一套较准确,能方便地应用于工程实际的流量系数曲线图.本文的计算结果与前人的经验数据和实验数据作了对比。本文的实验数据与计算结果吻合良好.结合实例,讨论了将新的流量系数曲线图应用于透平级通流计算的具体方法;并对用文献[1,2]所给的流量系数曲线图与用本文的流量系数曲线图所得的计算结果进行了分析和评价。     

新型加热法测量流动湿蒸汽湿度的试验技术

提出了流动湿蒸汽湿度的新型加热法测量思想,并以此为依据进行湿度测量装置的设计研制,建立湿蒸汽实验台,并用所研制的测量装置对收缩喷管试验段出口处汽流的湿度进行测量,测量结果表明：新型加热法的思想是可行的,所研制的装置具有相当高的测量精度,可以作为实际透平中汽流湿度在线测量装置的原型。     

非平衡湿蒸汽流动的透平级计算

综述了国外学者对非平衡湿蒸汽流动基本理论,非平衡湿蒸汽流动中的阻塞问题以及透平湿蒸汽级计算等研究成果。     

液滴表面张力修正系数与蒸汽膨胀速率和进口参数的相关性研究

蒸汽自发凝结过程具有明显的非平衡特性,对凝结过程的预测存在困难。基于非平衡凝结模型,采用表面张力修正系数来修正液滴表面张力,并对Laval喷管及平面叶栅内蒸汽自发凝结流动进行多工况数值模拟。分析了表面张力修正系数对蒸汽凝结流动模拟精度的影响,着重讨论表面张力修正系数的最佳取值与蒸汽膨胀速率、进口参数的相关性,并研究其随进口参数的变化规律。结果表明:相同工况下,表面张力修正系数最佳取值对蒸汽膨胀速率变化不敏感,与进口总温相关性不显著,而与进口总压呈显著正相关;基于数值计算结果,通过拟合出的表面张力修正系数最佳取值与进口总压的三次关系曲线,可在进口总压为1.5×10~4～9.8×10~4 Pa范围内确定表面张力修正系数最佳取值范围,为汽轮机低压级湿蒸汽流动数值模拟提供依据。     

变马赫数喷管中湿蒸汽流动数值模拟

Fluent Wet-Steam Model是基于经典成核理论,在全欧拉坐标系下描述自发凝结过程的。本文基于该模型对变马赫数槽式喷管内伴随自发凝结的水蒸汽的跨音速流动过程进行了数值模拟,研究水蒸汽在跨音速流动过程中的自发凝结、液滴生长、凝结冲波等现象以及背压变化对流场参数的影响。对蒸汽透平的通流部分设计提供参考,以及为湿蒸汽风洞设计提供参考。     

平面叶栅中湿蒸汽两相凝结与流动问题的数值分析

汽轮机末级中存在大量汽液两相混合流动现象。通过对湿蒸汽流动过程的分析,以经典成核理论为基础,对平面叶栅中的湿蒸汽流动进行了模拟。计算结果显示了蒸汽凝结主要发生的区域及在整个流场中湿蒸汽的流动特征。通过对流场的分析及与实验数据的对比,表明所用计算模型及方法可以正确模拟湿蒸汽流动过程,为优化设计和减小冲击损害提供依据。     

Laval喷管内蒸汽凝结流动的数值研究

为了研究缩放喷管中湿蒸汽的自发凝结流动,对某Laval喷管中的几何参数及实验工况进行喷管中湿蒸汽凝结两相流动的三维数值模拟。通过以数值模拟结果结合部分工况的压力实验数据进行对比,讨论了喷管中蒸汽自发凝结流动的物理现象。     

汽轮机中湿蒸汽两相凝结流动研究

在汽轮机湿蒸汽透平级中,湿蒸汽两相凝结流动现象的出现降低了透平级的流动效率,并且造成了透平叶片的水蚀损坏.本文针对汽轮机中的自发凝结流动,介绍了湿蒸汽两相流动数值研究发展的现状,以及西安交通大学TurboAero研究组在此方面的研究情况,以期对我国湿蒸汽汽轮机的设计以及湿蒸汽两相凝结理论的工程应用起到推动作用.     

微波谐振腔蒸汽湿度测量系统不确定度分析

推导了微波谐振腔蒸汽湿度测量关系式的灵敏度系数;分析了压力和频率等直接测量参数的不确定度;以不同压力及湿度的湿蒸汽为例,分析湿度测量关系式中各计算参数的不确定度,合成了蒸汽湿度测量系统的标准不确定度,分析了蒸汽压力和湿度变化对系统不确定度的影响;确定了考虑参数测量、腔体热膨胀、取样误差、腔体内壁沉积水膜等因素时系统的综合不确定度.结果表明:系统综合不确定度uz≤0.764%;随着蒸汽湿度和压力值的增大,蒸汽湿度测量系统的合成标准不确定度变大;系统压力测量引入的不确定度较小,可以忽略,而频率测量引入的不确定度较大,谐振频率的准确测量是确保系统测量精度的关键.     

压水堆核电厂蒸汽管道内湿蒸汽的流动特性研究

推导了湿蒸汽在等截面直管道稳定流动的动量方程,结合能量方程和连续性方程,给出管道各截面湿蒸汽参数的计算方法。得到管道入口为干饱和蒸汽和湿蒸汽时管道各截面的蒸汽参数,并分析阻力对蒸汽参数的影响。结果表明:由于存在阻力使湿蒸汽的压力降低、温度降低、比容增大、流速增大、焓值降低;干度沿流动方向的变化规律主要与入口干度和入口压力有关。以1 000MW核电汽轮机为例,在额定工况下,除主蒸汽干度将逐渐减小外,其它蒸汽管道内湿蒸汽在流动过程中干度都将逐渐增大。     

流动蒸汽湿度测量方法的研究与比较

针对流动湿蒸气湿度测量的重要性,总结了目前用于测量流动蒸汽湿度的常用方法和正在探讨中的方法,并分析了各方法在应用中的局限性.基于在相同的温度和压力下,饱和湿蒸气的等效介电常数不同,则电容器的容量也不同这一原理,提出并分析了采用圆筒形电容式传感器进行流动蒸汽湿度在线测量的新方法.标定试验结果表明,这种传感器静态特性稳定,在12%的湿度范围内,汽流湿度与输出频率差之间呈现出一种较为明显的非线性关系.同时,文中还提出了标定试验及传感器设计过程中需要注意的问题.     

三维湿蒸汽自发凝结流动的数值模拟

采用完全欧拉坐标系下的数值模型描述湿蒸汽两相自发凝结流动过程，对某汽轮机低压部分三维静叶栅中内复杂的自发凝结流动进行了模拟和分析。与忽略自发凝结的计算结果相比，叶片表面的压力分布有所不同，吸力面侧尤为明显；自发凝结的发生引起气流角的变化，直接导致作功能力的变化；由于流动参数沿径向分布不均，自发凝结引起的湿度沿径向分布也明显不同；计算结果同时显示边界层对自发凝结有很大的影响。     

流动湿蒸汽湿度谐振腔微扰法测量的实验研究

介绍了谐振腔材料微扰技术连续测量流动湿蒸汽湿度的原理,设计了适用于流动湿蒸汽湿度连续测量的谐振器及测量系统。与现有的热力学法或光学法测量方法相比,测量系统简单,抗污染能力强,能实现蒸汽湿度的在线连续测量。影响测量精度的因素主要是温度、压力的测量精度和谐振腔形状微扰。图4表1参10     

核电汽轮机低压缸中平衡和非平衡凝结流动的对比研究

采用IF97水蒸汽实际气体性质进行计算,对某核电机组低压缸中的平衡和非平衡凝结流动进行研究,对比分析两者的差异和影响。结果表明:与平衡凝结流动相比,非平衡凝结流动中低压缸叶片表面压力分布、湿度分布、反动度、进出口气流角、各透平级焓降以及低压缸内热力过程线均有明显变化。按照非平衡凝结流动规律设计湿蒸汽透平是提高核电汽轮机效率的一个途径。     

地面管线蒸汽干度计算模型及影响因素分析

为实现稠油热采地面管线蒸汽干度准确预测,分析其对采油效率的影响,建立了湿蒸汽在地面管线内流动的热损失和压降耦合模型,采用微元法获得地面管线蒸汽干度拟合方程,研究了不同因素对水平管线沿程蒸汽干度的影响,结果表明:湿蒸汽计算值与拟合值相对误差均在10~(-6)～10~(-5)数量级,线性拟合方程可进行地面管线任意截面蒸汽干度预测;降低注汽锅炉出口温度和压力,增加注汽流量,提高初始蒸汽干度,可有效提高地面管线末端注汽井口的蒸汽干度。为稠油热采地面管线注汽系统的评价与优化提供理论参考。     

冷却蒸汽进口条件对转子冷却效果的影响

对给定总压与给定流量两种冷气进口边界条件下的中压第一级进行了数值模拟,结果表明不同的冷气进口边界条件对叶片表面温度分布、冷却蒸汽的流动情况、10%叶高流面上各气动参数分布的影响非常的小.据此得出,对于超超临界汽轮机蒸汽冷却技术的工程应用,冷却蒸汽的进口条件可以通过不同的方式进行控制,最终所达到的冷却效果以及冷气对流动的影响是一致的.     

核电汽轮机高压缸级内凝结流动特性分析

为研究湿蒸汽在核电汽轮机高压缸内的流动特性和气动特性,对不同蒸汽状态和不同工况下湿蒸汽自发凝结流动进行三维数值分析。结果表明:过冷蒸汽自发凝结过程最缓慢,但其动压值最高。沿叶高方向,凝结首先发生在叶片上部,凝结发生的瞬间会引起湿度剧增。随着入口质量流量减小,级内湿蒸汽流动损失增加,汽轮机效率下降。在稳定负荷的前提下,随着蒸汽来流湿度增大,级内流场的气动性能变差,蒸汽的做功能力下降。